1、狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

Mealy 機(jī)方框圖

狀態(tài)寄存器輸出當(dāng)前的信號(hào)，用來控制下一個(gè)狀態(tài)是什么，和當(dāng)前狀態(tài)下的輸出是什么。

Moore機(jī)方框圖

2、狀態(tài)機(jī)---3種類型

二元的：（CPLD與陣列扇入比較多，寄存器比較少）

S1 = 001， S2 = 010， S3 = 011， S3 = 100，etc。。。

枚舉的：

S1 = 100， S2 = 110， S3 = 101， S4 = 111，etc。。。

One Hot：每1 個(gè)狀態(tài)機(jī)只有1個(gè)寄存器（FPGA觸發(fā)器比較多）

S1 = 00000001， S2 =00000010，S3 = 00000100，etc。。。

3、對(duì)生剩余狀態(tài)的處理

1、在CASE 語句中增加語句，對(duì)每個(gè)非法狀態(tài)明確地給出狀態(tài)輪換的指示；

2、用OTHERS語句來對(duì)未提及的狀態(tài)做統(tǒng)一處理。

Moore 型狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

摩爾型的有限狀態(tài)機(jī)的輸出只與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，而與輸入信號(hào)的當(dāng)前值無關(guān)，且僅豐時(shí)鐘信號(hào)邊沿到來時(shí)才發(fā)生變化。

要實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)，必須使用暫存信號(hào)（如 temp）來存儲(chǔ)電路的輸出值，當(dāng)今信號(hào)在時(shí)鐘邊沿出現(xiàn)時(shí)才能夠更新輸出。

例：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity s_machine2 is

port（

clk， reset ： in std_logic;

x ： in std_logic;

z ： out std_logic

）;

architecture behav of s_machine2 is

type m_state is（s0， s1， s2）;

signal present_state， next_state ： m_state;

signal temp ： std_logic;

begin

-----------------------時(shí)序進(jìn)程---------------------------

reg ： process（reset， clk）

begin

if reset = ‘1’ then present_state 《= s0;

elsif clk = ‘1’ and clk‘event then

z 《=temp; --只有在時(shí)鐘的上升沿時(shí)，輸出才會(huì)發(fā)生變化。是同步輸出。

prsent_state 《=nxet_state;

end if;

end process;

-------------------------組合進(jìn)程-----------------------------

com ： process（present_state， x）

begin

case prsent_state is

when s0 =》

if x = ’0‘ then next_state 《= s0;

else next_state 《= s1;

end if;

temp 《= ’0‘;

when s1 =》

if x = ’0‘ then next_state 《= s0;

else next_state 《= s2;

end if;

temp 《= ’0‘;

when s2 =》

if x = ’0‘; then next_state 《= s0; temp 《= ’1‘;

else next_state 《= s2; temp 《= ’0‘;

end if

end case;

end process;

end behv;

Mearly 型的有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

米立狀態(tài)機(jī)的輸出信號(hào)是當(dāng)前狀態(tài)和輸出信號(hào)的函數(shù)，它的輸出在輸入變化后立即發(fā)生變化，

不依賴時(shí)鐘信號(hào)的同步。是異步輸出。

例：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity s_machine1 is

port（

clk， reset ： in std_logic;

x ： in std_logic;

z ： out std_logic

）;

end s_machine1;

architecture behav of s_machine2 is

type m_state is（s0， s1， s2）;

signal present_state， next_state ： m_state;

begin

-----------------------時(shí)序進(jìn)程---------------------------

reg ： process（reset， clk）

begin

if reset = ’1‘ then present_state 《= s0;

elsif clk = ’1‘ and clk’event then

prsent_state 《=nxet_state;

end if;

end process;

-------------------------組合進(jìn)程-----------------------------

com ： process（present_state， x）

begin

case prsent_state is

when s0 =》

if x = ‘0’ then next_state 《= s0;

else next_state 《= s1;

end if;

z 《= ‘0’;

when s1 =》

if x = ‘0’ then next_state 《= s0;

else next_state 《= s2;

end if;

z 《= ‘0’;

when s2 =》

if x = ‘0’; then next_state 《= s0; z 《= ‘1’;

else next_state 《= s2; z《= ‘0’;

end if

end case;

end process;

end behv;

可以看到在該程序中，只要輸入有變化，輸出z就會(huì)有變化，它并不依賴于時(shí)鐘的上升沿。

怎樣確保一個(gè)進(jìn)程是組合進(jìn)程：

1、不出現(xiàn)帶沿的語句，即組合進(jìn)程中決不能出現(xiàn)用時(shí)鐘沿控制的敏感信號(hào)；

2、在組合電路的進(jìn)程中，給出輸出端口的缺省值，這樣可以防止鎖存器的生成；

3、在敏感清單中包含所有的輸入量，防止鎖存器的生成。

敏感清單不全的話綜合時(shí)可能出現(xiàn)敬告。

例：下例敏感清單中輸入端口不全，可能出現(xiàn)鎖存器

p0 ： process （a）

begin

q 《= a and b;

end process p0;

--------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------

下面是一個(gè)實(shí)例，洗衣機(jī)的工作過程：

TYPE state_type IS（idle， fill， heat_w， wash， drain）;

entity wm is

port（

clk， reset， door_closed， full ： in std_logic;

heat_demand， done， empty ： in std_logic;

water， spin， heat， pump ： out std_logic

）;

end wm;

architecture behave of wm is

------------------------說明部分--------------------------

--說明部分用枚舉數(shù)據(jù)類型來字義狀態(tài)機(jī)中的狀態(tài)；并把狀態(tài)變量（如現(xiàn)態(tài)和次態(tài)）定義為信號(hào)。

type state_type is （

idle， fill， heat_w， wash， drain）;

signal state ： state_type;

begin

process （clk， reset）

begin

if reset = ‘1’ then

state 《= idle;

elsif clk‘event and clk= ’1‘ then

case state is

when idle =》

if door_closed = ’1‘ then

state 《= fill;

else

state 《= idle;

end if

when fill =》

if full =’1‘; then

state 《= neat_w;

else

state 《= fill;

。

。

。

when others =》

state 《= idle;

end case

end if;

end process;

----------------------------------------------

利用兩個(gè)進(jìn)程（純組合邏輯措施一）

--------------時(shí)序進(jìn)程----------------------------

--時(shí)序進(jìn)程是指在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下負(fù)責(zé)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的進(jìn)程，只表示次態(tài)和現(xiàn)態(tài)的關(guān)系

process（clk， reset）

begin

if reset =’1‘ then

state 《= idle;

elsif clk’event and clk = ‘1’ then

state 《= next_state;

end if;

end process;

------------------組合進(jìn)程---------------------

組合進(jìn)程的任務(wù)是根據(jù)輸入信號(hào)和現(xiàn)態(tài)對(duì)輸出端口賦值以及確定狀態(tài)機(jī)的下一個(gè)狀態(tài)，由于沒有任何信號(hào)

的賦值是通過其他某個(gè)信號(hào)的跳變來觸發(fā)的，所以不會(huì)產(chǎn)生寄存器。一般用CASE 或IF語句來實(shí)現(xiàn)

process（state， door_closed， full，

heat_demand， done， empty）

begin

case state is

when idle =》

if door_closed =‘1’ then

next_state 《= fill;

else

next_state 《= idle;

end if;

when fill =》

if full = ‘1’ then

next_state 《= heat_w;

else

next_state 《= fill;

。

。

。

end case;

end if;

end process;

process（state）

begin

water_i 《= ‘0’;

spin_i 《= ‘0’;

heat_i 《= ‘0’;

pump_i 《= ‘0’;

case state is

when idle =》

when fill =》

water_i 《= ‘1’;

when heat_w =》

spin_i 《=‘1’;

heat_i 《= ‘1’;

when wash =》

spin_i 《= ‘1’;

when drain =》

spin_i 《= ‘1’;

pump_i 《= ‘i’;

end case;

end process;

--------------寄存輸出---------------------

process （clk）

begin

if rising_edge（clk） then

water 《= water_i;

spin 《= spin_i;

heat 《= heat_i;

pump 《= pump_i;

end if;

end process